Raspberry Pi 筆記(14)：用鍵盤透過無線網路控制智能車

在學習Arduino的時候，一直想要組一部智能小車，可以透過藍牙或紅外線遙控，可是礙於車體壓克力版、車輪等問題，想要自己製作，又沒有工具及材料，一直遲遲無法完成。一個多月前在逛光華商場時，看到智能小車的車體套件，包括四個馬達含輪子及一個壓克力版車體，價格有貴一點點，還是買了，想說之前購買的L298N電機馬達驅動模組及電池盒，應該就可以組合起來讓小車行走。在組合之前還是要改裝一下，主要是我買的L298N只能控制兩組馬達，因此將前面兩個輪子改裝成可360度旋轉的單輪，這個材料是在Homebox買的。
過程中為了讓車子的能離開電源插座，特別外接一個小的行動電源，增加車輛的移動性。同時也使用USB無線網路，才能透過遠端登入的方式，使用鍵盤控制車輛的前進、倒退與左右方向。以下就來看看我是怎麼做的：

基礎知識：L298N機電馬達驅動模組
L298N採用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載。
使用L298N驅動電機，可以驅動一台兩相馬達或四相馬達，也可以驅動兩台直流馬達。

這個L298N模組提供5V供電。當+12V輸入電壓為7V-35V時，可以提供供電給 Raspberry Pi的主機板使用。如果+12V電壓輸入7V以下，僅適合用作推動馬達的電壓，Pi主機板的電源，建議另外提供電源使用。

這個模組有2路H橋驅動，可同時驅動兩個馬達，接法如下圖：

Enable A短路連接器連接時可控制IN1、IN2，Enable B可控制IN3、IN4，其意義代表控制馬達轉動的方向。舉例來說，當IN1為高電位，IN2低電位時，通知馬達正轉，如果要反轉時，則讓IN2為高電位，IN1低電位，馬達則會向反方向轉動。如下表：

[材料]

• Raspberry Pi 主板 x 1
• 智能車壓克力板 x1
• 差速馬達  x2
• 360度迴轉軸輪 x1
• L298N電機馬達驅動模組 x 1
• 6V(1.5V x 4)電池盒 x 1個
• 連接線 x 6條
• 行動電源 x 1

[線路連接與電路圖]

• L298N 兩側兩條線路分別接到左右兩邊的馬達
• 電池盒的負極(黑色)接 L298N 接地GND，正極(紅色)接 L298N +12V電源輸入
• Raspberry Pi pin2(+5V)接到L298N +5V電源輸入，pin6(GND)接到L298N GND接地
• Raspberry Pi pin11(GPIO 17)、pin12(GPIO18)、pin15(GPIO 22)、pin16(GPIO23)分別接到IN1~IN4

程式中有個比較特別的地方是我用迴圈並偵測是否按了鍵盤按鍵（不需按Enter）的一個函數getkey()，需要 import curses，也必須設定 stdscr = curses.initscr()，才能透過getey取得鍵盤按鍵。鍵盤控制方式如下：
• q 結束程式
• w 前進
• x 後退
• d 向右轉
• a 向左轉

[程式碼]

import RPi.GPIO as GPIO
import curses
import time
from curses import wrapper

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(17, GPIO.OUT)
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)
GPIO.setup(22, GPIO.OUT)
GPIO.setup(23, GPIO.OUT)

stdscr = curses.initscr()
stdscr.clear()

while True:
    ch = stdscr.getkey()
# Quit 
    if ch == 'q':
       curses.endwin()
       GPIO.output(17, False)
       GPIO.output(18, False)
       GPIO.output(22, False)
       GPIO.output(23, False)
       break

# Forward
    if ch == 'w':
       GPIO.output(17, False)
       GPIO.output(18, True)
       GPIO.output(22, False)
       GPIO.output(23, True)

# Backward
    if ch == 'x':
       GPIO.output(17, True)
       GPIO.output(18, False)
       GPIO.output(22, True)
       GPIO.output(23, False)

# Turn Right
    if ch == 'd':
       GPIO.output(17, False)
       GPIO.output(18, True)
       GPIO.output(22, False)
       GPIO.output(23, False)

# Turn Left
    if ch == 'a':
       GPIO.output(17, False)
       GPIO.output(18, False)
       GPIO.output(22, False)
       GPIO.output(23, True)

[執行結果]

接下來還有些控制智能小車的想法，例如加裝避免碰撞的感應器讓小車自動轉彎、使用網頁操控小車、透過藍牙控制等方法，等有空時，再慢慢來實驗。

[參考資料]

• BugWorkshop：DIY - 智能小車：L298N 電機驅動板模組 (十四)

• Curses Programming with Python